路网建设
京沪铁路全长1462公里，济宁市境内吴村站到两下店站长58公里。1991年，京沪铁路正线为50公斤/米钢轨、Ⅱ型轨枕；至1995年，全部更换为60公斤/米标准轨和75公斤/米重轨。1997年起，逐步改造为Ⅲ型轨枕；1999年起，分段铺设跨区间、全区间无缝线路，至2003年基本完工。1997—2001年，配合正线改造，道口全部改为立体交通，取消平面道口。1991年，各站到发线有效长多为850米，经不断改造，至2005年，全部车站的到发线、编发线有效长均超过1050米。1997年起，各站逐步更换提速道岔，确保列车运行速度的提高。1998—2003年，全线建立双侧全封闭隔离护栏。2004—2005年，线路两侧栽种灌木35万株、乔木10万株。2005年7月1日，京沪铁路电气化改造正式开工；主要包括铁路电气化，通信、信号、电力及与之相配套的改造工程。2006年6月20日起全线供电，7月1日正式投入运营。改造后，京沪线大部分列车由原来的内燃机车牵引改为电力机车牵引。
横跨黄河的京九铁路大桥 （2009年5月摄）
京九铁路 全长2553公里，济宁境内长24公里，设梁山站。1992年10月开工，1995年5月竣工，1996年9月1日全线开通运营，1997—2001年，京九铁路进行铺设无缝线路改造，同时实现道口全部立交化；2001—2003年，对线路曲线进行改造，使列车运营速度提高到140公里/小时。2001—2004年，建成全封闭栅栏及沿线绿化带。
新日铁路 初建为单线铁路，1992年起实行复线改造。新乡至菏泽段1997年7月开工，同年12月竣工；菏泽至兖州段1998年10月开工，2001年7月竣工；兖州至日照段1999年3月开工，2001年9月竣工。2000—2002年，实施扩能改造工程，兖州至菏泽段由半自动闭塞行车方式升级为自动闭塞，道口实现全立交化，线路允许速度由60公里/小时提高至100公里/小时；兖州至日照段铺设全区间60公斤/米钢轨无缝线路，全线实现道口立交化，线路允许速度由60公里/小时提高至120公里/小时。2008年8月22日，新日铁路电气化改造正式开工，主要包括铁路电气化，通信、信号、电力及与之相配套的改造工程。2010年6月30日，全线供电投入运营。
运输装备
机车 1991年，京沪铁路客运列车由济南机务段担当，使用东风4型内燃机车牵引，货运列车由济南西机务段担当，使用ND5型内燃机车牵引。2006年，电气化改造完成，客货运列车逐步更换为韶山4型、和谐3B、和谐3C等型号的电力机车牵引。1991年，新日铁路兖州至临沂、菏泽区段，客货运列车均由兖州机务段担当，使用前进型蒸汽机车牵引。1995年始，逐步更换为东风4型内燃机车担当牵引任务，蒸汽机车逐步退出运输生产牵引的主力位置。1993年3月，兖州机务段成立报废机车拆解基地，至2001年11月，共拆解蒸汽机车146台。2000年4月11日，兖州机务段举行济南铁路局最后一台蒸汽机车退役仪式，蒸汽机车正式退出济南铁路局历史舞台。2005年起，兖州机务段东风8B型内燃机车成为运输主力。2010年7月，新日铁路电气化改造开通后，电力机车成为牵引主力。列车牵引区段延长，除济南西机务段、济南机务段的机车外，徐州机务段、青岛西机务段、南京东机务段、新乡机务段的机车，先后投入济宁地区列车牵引工作。
车辆 1991年，客运车辆多为22型客车，俗称“绿皮车”。1991年，开始增加短途双层空调硬座车；1994年，增加新型25G型空调客车，全列采用发电车集中供电，使用空调机组制冷，增加电加热装置，使客车车厢内温度调节稳定可靠。1999—2001年，增加25K型空调客车，设计速度160公里/小时。2003—2004年，增加25B型集便客车，列车卫生条件明显改善。2008年8月2日，北京南—上海D31/2次经停兖州站，该车为CRH2型动车组。
动车组列车 （2007年4月摄）
1991年，铁路货车主要为60吨级。1997年后，逐步对车辆进行改造，车体由普通钢改为耐候钢，转向架由转8型逐步变为转8A、转8G、转8A改型、转K2、转K4等型，使车辆运行速度提高到120公里/小时。自2006年起，新造铁路货车全部为70吨级新型货车。